Järn & färg i ädelstenar.

Järn ligger bakom färgen i många ädelstenar. Akvamarin, Safir och Peridot är bara några ädelstenar som kan tacka järn för sin popularitet. Hur kan det då komma sig att järn, Fe, är så aktivt i färgskapandet hos ädelstenar och hur har man nytta av det för att identifiera material?

För det första är järn ett vanligt grundämne som förekommer i de flesta geologiska miljöer. Järnjoner platsar ofta i strukturen hos mineral som egentligen inte alls behöver järn, det är egentligen ganska få ädelstensbildande mineral som behöver järn. Peridot och vissa granater kan dock inte existera utan järn eftrsom att det är en fundamental ingrediens i den kemiska sammansättningen, i andra mineral så förekommer järn som en form av förorening.

Det är som färggivare i ädelstenar järn spelar sin stora roll inom gemmologin. För att identifiera ädelstenar så är järn ofta till stor hjälp, om det handlar om joner i en kristallstruktur orsakar de nämligen för det mesta absorption i den synliga delen av det elektromagnetiska spektrat vilket alla gemmologer kan se med hjälp av ett mycket enkelt instrument. Det är när det finns något som absorberar vitt ljus som färg uppstår och t ex en safir skulle vara färglös om den inte innehöll spår av järn.

Järn orsakar färg på olika vis i olika material. I akvamarin så sitter tvåvärt järn, Fe2+ i ”kanaler” i kristallstrukturen som ersättare av Aluminium medan i ett material som Iolit med liknande kanalstruktur spelar det ingen roll alls för färgen om järn ersätter andra ämnen i kanalstrukturen utan då är det istället i vilken riktning Fe är placerat som avgör. I både Akvamarin och Iolit spelar det roll om järnet är två eller trevärt och särskillt det trevärda järnets placering är avgörande för färgen. Akvamarin med trevärt järn, Fe3+, placetat i vissa riktningar blir mer grön och för att iolit ska bli blå krävs att Fe3+ är placerat i vissa riktningar, sitter Fe3+ i andra delar av strukturen påverkas inte färgen. I fallet akvamarin är det intressant att den kan färgas blå även av en helt annan orsak, nämligen att Co3 eller No3 joner förekommer i kanalerna i kristallstrukturen. Såkallad Maxixe akvamarin får sin blå färg just på detta vis. Tyvärr så bleks färgen ganska fort då den utsätts för ljus eller värme och blir mer gulaktig me att färgen orsakas på just det viset har gjort att många har försökt utveckla behandlingsmetoder för material med liknande strukturer. Man vill t ex hellre ha blå akvamarin än grön och med hjälp av värmebehandling kan man förändra järnets laddning och/eller position och därmed förändra färgen. För att förstå och kunna identifiera behandlingar är det viktigt att förstå hur t ex färg uppstår i olika material.

I safir så är det Fe tillsammans med titan, Ti, som orsakar blå färg. Vad som sker är att Fe2+ och Ti4+ delar elektroner, en elektron hoppar alltså mellan de yttersta valensbanden och på så vis sker ett laddningsutbyte som i sin tur orsakar absorption. Denna absorption sker i den synliga delen av det elektromagnetiska spektrat och kan enkelt identifieras av en gemmolog vilket är till god hjälp vid identifiering. Inte heller i safir så är det alltid mängden järn och titan som är avgörande för hur djup färgen är, även i safirer med mycket låg halt av Fe och Ti kan ha djup fin färg. Detta beror på att andra störningar i kristallstrukturen, t ex hål där det av olika anledningar saknas en atom eller att något annat ämne ersatt t ex en Al atom vilket förstärker absorptionen.

Järn är ett av de såkallade övergångselementen vilka ligger bakom färgen hos de flesta ädelstensmaterial. Dessa är, förutom järn, koppar, titan, nickel, mangan, kobolt, vanadium och krom och förekommer även de som både enstaka atomer, joner eller molekyler i kristallstrukturen hos olika mineral och kan antingen på egen hand eller genom interaktion med andra molekyler eller defekter skapa attraktiva färger i annars ganska tråkiga material!

Kommentera gärna:

Senaste inlägg

Senaste kommentarer

Bloggarkiv

Etikettmoln